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叶绿体(Chloroplast)是植物进行光合作用的重要场所,其直接影响植物光合效率,进而影响植物生物量的大小。除此以外,叶绿体还合成氨基酸、脂类和植物激素,其对植物生长发育至关重要。叶绿体通过分裂进行增值,其分裂频率受多重因素影响。其中,细胞体积大小与叶绿体分裂和数量具有正向关系。植物多倍体通常会使细胞体积变大,叶绿体数目增多,因此研究植物多倍体细胞膨大和叶绿体分裂不仅可为研究叶绿体分裂调控机制提供资料,同时对经济植物的品种选育具有重要指导意义。为了探究细胞体积膨大与叶绿体分裂间关系以及倍性变化对叶绿体分裂的影响,本文以二倍体和四倍体拟南芥为材料,采用半薄切片、荧光定量PCR、叶片表型分析等方法手段对二者的细胞体积膨大和叶绿体分裂相关基因表达量、叶片形态特征、叶片解剖结构进行比较研究。主要研究结果如下:1.在二倍体拟南芥中,随着第一对真叶生长发育,细胞膨大相关基因AtEXPA1和AtEXPA8的表达出现两个峰值,分别在真叶长出第5天和第11天左右。相应的,在四倍体拟南芥中,随着第一对真叶生长发育,细胞膨大相关基因AtEXPA1和AtEXPA8的表达同样也有两个表达峰值,也在真叶长出第5天和第11天左右。这说明在两种倍性拟南芥真叶发育过程中有两个细胞快速膨大阶段。2.与二倍体拟南芥相比,四倍体拟南芥的细胞周期蛋白B的编码基因AtCYCB1;1表达量降低。细胞周期蛋白是控制细胞分裂的重要调控蛋白,其活性降低可能是导致四倍体拟南芥叶肉细胞持续增大的原因之一。3.与二倍体拟南芥相比,四倍体拟南芥的细胞膨大相关基因AtEXPA1和AtEXPA8在高表达时期表达量更高,尤其在第11天左右表达显著高于二倍体。结合叶片解剖结构分析,第11天四倍体拟南芥叶肉细胞也大于二倍体。这说明四倍体细胞体积膨大效果强于二倍体。4.所检测的7个叶绿体分裂相关基因(AtARC5、AtARC6、AtPDV1、AtPDV2、AtFtsZ2-1、AtFtsZ2-2和AtFtsZ 1-1)在四倍体拟南芥中的表达量均不同程度的高于二倍体。说明四倍体拟南芥中叶绿体分裂频率高于二倍体,这可能是导致每个细胞中叶绿体数量多于二倍体的主要原因。综上所述,细胞分裂、细胞膨大与叶绿体分裂是协调进行的,细胞膨大直接影响着叶绿体的增殖。而植物染色体加倍可能通过降低细胞分裂频率,增大细胞体积,进而促进叶绿体分裂,最终导致叶绿体数量的增加。